Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 377



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Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 3770

2 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.


APLICAÇÃO DE TALCO EM POLIAMIDA-6 COM FINALIDADE DE MODIFICAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS
Autores: A. Bernardo1 (aluno de graduação da EPUSP), H. Wiebeck1, S. A. Asciutti2, M. G. Oliveira2 e C. H. Yai2.
Departamento de Engenharia Química – Escola Politécnica/USP

Laboratório de Matérias-Primas Particuladas e Sólidos Não Metálicos, LMPSol

Av. Prof. Lineu Prestes, 580 – Conjunto das Químicas – Semi-Industrial

CEP 05508-900 São Paulo/SP

Tel: (011) 211-2221 Fax: (011) 211-3020 e-mail: hwiebeck@usp.brmailto:hwiebeck@usp.br

1Departamento de Engenharia Química – Escola Politécnica/USP

2RADICI PLASTICS comércio e importação Ltda.

RESUMO:
A poliamida-6 é geralmente utilizada para obtenção de peças que exigem um elevado desempenho mecânico. Para algumas solicitações mecânicas, é imprescindível a aplicação de um material particulado, sendo o talco um dos mais empregados. Neste trabalho, é apresentado um compósito de poliamida-6 com teores de 10, 20 e 30% de talco.

As propriedades estudadas foram: índice de fluidez, resistência à tração, impacto, alongamento percentual e dureza shore. Para esse estudo foram utilizados dois tipos de poliamida-6 com diferentes índices de fluidez. Pelos resultados obtidos, podemos afirmar que algumas propriedades mudam drasticamente, algumas melhorando, outras piorando. Isso salienta a necessidade de efetuar análises de propriedades exigidas, para uma determinada peça técnica, para uma aplicação específica.
PALAVRAS-CHAVE:

Poliamida, Talco, Propriedades, Aplicações.


INTRODUÇÃO:
Poliamidas são tanto semicristalinas quanto amorfas. A cadeia polimérica pode consistir de componentes alifáticos, cicloalifáticos e aromáticos. Mais de 60 poliamidas comerciais diferentes são conhecidas. A Poliamida-6, feita pela polimerização de abertura do anel de -caprolactama, é comumente usada por sua combinação de durabilidade, resistência química, resistência de arraste e baixo coeficiente de fricção [1].

Por causa do seu relativamente baixo ponto de fusão e alta absorção de água, e falta de uma técnica simples de processamento do monômero, a Poliamida-6 não é o melhor tipo de ácido aminocarboxílico para produção de fibras sintéticas.

Embora não-ideal para propriedades ótimas de fibras, a Poliamida-6 representa cerca de metade da produção comercial de fibras de nylon e ocupa uma posição intermediária nesta série. A razão para sua grande importância e volume de produção é econômica. A caprolactama de alta pureza necessária para produção de fibra é feita de matérias-primas relativamente baratas (benzeno, ciclohexano, ou fenol) [2].

O controle de qualidade de produtos intermediários ou finais e acompanhamento das modificações das propriedades físico químicas e mecânicas é feita de acordo com o índice de fluidez [3-5].

Suas boas propriedades mecânicas e relativa resistência ao calor e aos combustíveis tornam tais materiais muito apropriados para equipamentos mecânicos e elétricos em componentes de motores. Como exemplo, pode-se citar as rodas dentadas para correntes, engrenagens para velocímetros e ventiladores, conectores para fios e peças para limpadores de pára-brisas, mecanismos de fechaduras, extensões de pára-lamas, caixas para mecanismos de direção, caixas de fusíveis automotivos, reservatórios para fluidos de freio, e filtros de combustíveis [6].

Outra utilização de peças de poliamidas injetadas ou extrudadas na indústria automotiva são os mancais, também empregados em máquinas de escritório, utilidades domésticas e peças para a indústria em geral [6].

Talco, por sua vez, é uma atribuição a um argilomineral monoclínico, de fórmula Mg3(Si4O10)(OH)2, que no entanto representa toda uma classe de misturas de silicatos metálicos, que contém elevados teores de MgO [7].

O talco é adicionado à poliamida por vários fatores, entre eles: redução de preço, diminuição de absorção de água, aumento de rigidez, aumento da temperatura de trabalho, melhora na estabilidade dimensional, entre outras.

METODOLOGIA E PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Obteve-se o granulado por extrusão direta da resina. Fez-se incorporação do talco na extrusora, após tamboramento por 15 minutos da mistura resina/talco, em diferentes percentuais, com a finalidade de verificar a influência do aumento do teor de carga nas propriedades mecânicas do material. A extrusora utilizada foi de 90 mm de diâmetro e os corpos de prova na forma de gravatinhas foram obtidos na injetora Semeraro IS-100, com as seguintes zonas de temperatura: 2200C; 2400C e 2200C.

Foram determinadas as seguintes propriedades:



  • Índice de fluidez (g/10 min) (ASTM D1238);

  • Teor de carga (%);

  • Resistência à tração (MPa) (ASTM D638);

  • Alongamento à ruptura (%) (ASTM D638);

  • Resistência ao impacto IZOD com entalhe (J/m) (ASTM D256);

  • Dureza SHORE D (ASTM D2240).

Foram utilizados dois tipos de Poliamida-6 para o experimento:

  • Tipo 1: PA-6 4.12;

  • Tipo 2: PA-6 3.14.

MATÉRIAS-PRMAS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS


Poliamida-6

massa específica 1,14 g/cm3

grãos (material produzido por RADICI PLASTICS comércio e importação Ltda.)
Talco: Ouro Branco OB530

retenção em malha 325: 1,00% máximo

massa específica: 2,60-2,85 g/cm3.
Máquina de ensaio universal EMIC

Extrusora 90 mm de diâmetro

Injetora Semeraro IS-100

RESULTADOS E CONDIÇÕES EXPERIMENTAIS

Os dados apresentados na tabela a seguir foram obtidos através da média de 10 ensaios.


Tabela I - Propriedades mecânicas da Poliamida-6





PA-6 tipo 1 (4.12)










PA-6 tipo 2 (3.14)













ÍNDICE DE FLUIDEZ (g/10min)

5,8

5,6

5,4

4,1

23,8

23,4

21,3

17,2

RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (MPa)

70+5,5

74,9+1,

71,5+1

68,7+0,5

78,7+1

70,1+1

70,5+1

65,4+0,5

IMPACTO (J/m)

70,5+2

64,4+2

58,2+1

55,2+1

82,7=2

58,2+2

55,2+2

52,1+1

ALONGAMENTO (%)

50,5+1

5,7+0,1

4,4+0,1

3,14+0,07

22,1+0,8

5,38+0,07

4,2+0,1

3,72+0,1

DUREZA (SHORE D)

85

86

87

88

85

85,8

85,8

86,5

TEOR DE CARGA (%)

0

10,3

19,8

28

0

10,2

20

29,1

O índice de fluidez pode ser definido como o inverso da viscosidade, ou coeficiente de permissividade ao escoamento.

A resistência à tração é obtida pela expressão:
, onde:
F = Força correspondente ao ponto de ruptura;

A = Área original da seção transversal.

O impacto, ou tenacidade, é a energia necessária para romper o material. Difere da resistência à tração que é a medida de tensão necessária para romper o material.

O alongamento () é obtido pela expressão:



l = distância de estiramento até o ponto de ruptura do corpo de prova;

lo = comprimento inicial.

A dureza é definida pela resistência do material à penetração.
As variações das propriedades mecânicas de cada um dos tipos de Poliamida-6 foram colocados nos gráficos abaixo:
F
igura 1: Propriedades mecânicas da Poliamida-6 4.12

F
igura 2: Propriedades mecânicas da Poliamida-6 3.14

Com os resultados apresentados, verificamos que realmente algumas propriedades mudam significativamente com a adição de talco.

DISCUSSÃO DOS RESULTADOS E CONCLUSÕES


Pelos resultados, podemos concluir que realmente a adição de talco não só barateia o produto final, como também muda drasticamente algumas de suas propriedades.

O índice de fluidez diminui com o teor de talco empregado nos dois tipos de poliamida-6 estudadas. A diminuição de mobilidade das macromoléculas da resina nos permite concluir que existem interações entre cargas e polímeros, como se houvesse um aumento de massa molar, aumentando a viscosidade do material, e que cargas na superfície aumentam o atrito entre a resina e a superfície metálica das máquinas de processamento.

A resistência à tração para o tipo 4.12 teve uma tendência a não variar muito, mas o tipo 3.14 teve sua resistência bastante reduzida com a adição de talco, talvez pelo fato de que esta adição reduza seu índice de fluidez e o tipo 4.12 já possua um índice de fluidez muito baixo.

A resistência ao impacto foi bastante reduzida com a adição de talco, mas o aumento do teor não ocasionou redução significativa nessa propriedade, talvez pelo fato de que já na concentração de 10% de carga haja um grande enrijecimento na estrutura do corpo de prova.

O alongamento percentual também teve uma redução bastante significativa quando da adição de talco, havendo também redução, mas não tão significativa, quando do aumento do teor de talco, esse comportamento é similar ao da resistência ao impacto, reforçando o comentário anterior.

A dureza não foi afetada pela adição de talco, tendendo a manter-se constante.

Podemos concluir que existe a necessidade de efetuar análises para um determinado tipo de poliamida-6, bem como do teor de carga adicionado para sabermos realmente se esse seria o tipo mais indicado para uma peça que sofra um determinado esforço mecânico.

AGRADECIMENTOS

Este trabalho foi efetuado com recursos do projeto temático FAPESP No 1995/0544-0


REFERÊNCIAS
[1] Ullmann’s Encyclopaedia of Industrial Chemistry, Volume A21, VCH, Weinheim, 1993.

[2] Ullmann’s Encyclopaedia of Industrial Chemistry, Volume A10, VCH, Weinheim, 1993.

[3] M. RICHARDSON - “Polymer Engineering Composites”, App. Science, London, 1977.

[4] Z. TADMOR & C.G. GOGOS - “Principles of Polymer Processing”, John Wiley & Sons, New York, 1979.

[5] M. M. SCHWARTZ - “Composite Materials Handbook”, McGraw Hill, 1984.

[6] J. A. C. ALBUQUERQUE – “O Plástico na Prática”, Sagra, 1990.

[7] C. A. X. SANTOS – “Caracterização de Alguns Talcos Industriais Brasileiros Utilizados com Carga em Polipropileno”, 1996, 111p., dissertação (mestrado). Departamento de Engenharia Química (USP).
ABSTRACTS:
Applications of talc in polyamide-6 with the purpose of the modification of the mechanical properties
Polyamide-6 is generally used for the fabrication of high performance parts. For some mechanical applications, it is required the addition of a particulate material, and talc is one of the most usual. In this paper, a composite polyamide-6 with 10, 20, and 30% of talc is presented. The evaluated properties were: melt flow index, tensile strength, impact, elongation, and shore hardness. For the study, two kinds of polyamide-6 with different flow indexes, were used. The results indicate that some properties were dramatically changed, some improved, and some worsened. These facts enhance the need for evaluating all the required properties for a technical part designed for a specific application.

KEY-WORDS:


Polyamide, Talc, Properties, Aplications.

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